LiCoO2具有三種物相，即a-NaFeO2型層狀結構的LiCoO2、尖晶石結構的LT-LiCoO2和巖鹽相LiCoO2。
層狀LiCoO2氧原子采用畸變立方密堆積序列，鈷和鋰分別占據立方密堆積中的八面體(3a)和(3b)位置；
尖晶石結構的LiCoO2中氧原子為理想立方密堆積排列，鋰層中含有25%的的鈷原子，鈷層中含有25%鋰原子；
巖鹽相晶格中Li+和Co3+隨機排列，無法清晰地分辨出鋰層和鈷層。
目前在鋰離子電池中應用較多的是層狀結構的LiCoO2，其具有工作電壓高、充放電電壓平穩，適合大電流充放電，比能量高、循環性能好等優點。